Mechanical and chemical properties of nanoparticle-coated e-glass fibers for composites applications
Kompozit uygulamaları için nanoparcacık kaplamalı e-cam elyafların mekanik ve kimyasal özellikleri
- Tez No: 829229
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN DURGUN, DR. MUSTAFA ORDU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Cam elyaflar, üstün mekanik özellikleri ve maliyet etkinliği nedeniyle elyaf-kompozit alanında en yaygın kullanılan takviye malzemelerdir. Kompozitlerin mekanik ve kimyasal özellikleri büyük ölçüde takviye malzemelerine bağlıdır. Kompozitlerin performansını artırmak için cam elyaf gibi takviye malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu tezde, E-cam elyafların mekanik ve kimyasal özellikleri, elyafların metal oksit nanoparçacıklar ile kaplanmasından sonra incelenmiştir. Bu işlemin bir parçası olarak, E-cam elyaflar titanya (TiO2), silika (SiO2) ve zirkonya (ZrO2) nanoparçacıkları kullanılarak hazırlanmış nanoparçacık çözeltilerine daldırıldı ve kaplama işlemi gerçekleştirildi. Mikroskobik ve spektroskopik analizler sayesinde elyafların yüzeyinde nanopartiküllerin varlığı kanıtladı. Kaplamanın etkisini ve elyaf yüzeyi üzerindeki nanoparçacıkların konsantrasyonunu görmek için çıplak (hiçbir yüzey kaplaması olmayan) ve nanoparçacık kaplı elyaflar üzerinde çekme testleri yapılmıştır. Weibull istatistiksel analizi, stresin E-cam elyaflarının bozulma olasılığı üzerindeki etkisini görmek için çıplak ve kaplanmış elyaflar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Çekme mukavemetinin elyaf yüzeyinin ayna bölgesi üzerindeki etkisini görmek için E-cam elyafları üzerinde fraktografik bir çalışma da yapılmıştır. Ek olarak, yüksek alkali ortamda elyafların özdirencini görmek için kimyasal analiz de yapılmıştır. Sonuçlar, TiO2 nanoparçacıkları ile kaplanmış cam elyafların, daha düşük bir kırılma olasılığı sağlayarak elyafların gerilme mukavemetini %11,7'ye kadar iyileştirdiğini göstermektedir. Öte yandan, SiO2 nanoparçacıklar ile kaplamanın, kaplama kalitesinin düşük olması nedeniyle elyafların mukavemeti üzerinde biraz olumsuz etkisi olmuş, bu da çekme mukavemetinde bir düşüşe ve başarısızlık olasılığında artışa yol açmıştır. Ayrıca, ZrO2 nanoparçacıklarının alkali ortamda 4 güne kadar kalarak cam elyafların korozyona karşı direnç sağlamasında etkili olduğu görülmüştür. Nanoparçacık kaplı E-cam elyafların gelecekte çeşitli endüstriyel uygulamalar için cam elyaf takviyeli kompozitlerin mekanik ve kimyasal özelliklerini iyileştirmesi beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
Glass fibers are the most extensively employed reinforcement materials in the fiber-reinforced composites field owing to their superior mechanical properties with cost-effectiveness. The mechanical and chemical properties of the composites are greatly dependent upon the reinforcement materials. In order to enhance the performance of composites, it is necessary to improve the mechanical property of the reinforcement materials, i.e., glass fibers. In this thesis, the mechanical and chemical properties of E-glass fibers were investigated via the incorporation of metal oxide nanoparticles. As part of this process, E-glass fibers were dip-coated with nanoparticle solutions using titania (TiO2), silica (SiO2), and zirconia (ZrO2) nanoparticles. Microscopic and spectroscopic analysis proved the presence of nanoparticles on the surface of the fibers. Tensile tests were conducted on bare and nanoparticle-coated fibers to see the effect of coating and the concentration of nanoparticles over the fiber's surface. Weibull statistical analysis was carried out on bare and coated fibers to see the effect of stress on the probability of failures of the E-glass fibers. A fractographic study was also carried out on E-glass fibers to see the effect of tensile strength on the mirror region of the fracture surface. Additionally, chemical analysis was also carried out to see the resistivity of the fibers in a highly alkaline environment. The results suggest that glass fibers coated with TiO2 nanoparticles improved the tensile strength of fibers up to 11.7% by providing a lower probability of failure. On the other hand, coating with SiO2 nanoparticles had a slightly negative impact on the strength of fibers due to the lower quality of coating, leading to a decrease in the tensile strength and an increase in the probability of failure. Moreover, ZrO2 nanoparticles were found effective in providing resistance against the corrosion to the glass fibers in an alkaline environment for up to 4 days of dwelling. Nanoparticle-coated E-glass fibers are expected to improve the mechanical and chemical properties of glass fiber-reinforced composites for various industrial applications in the future.
Benzer Tezler
- Metal oxide nanoparticle coatings for enhanced mechanical and chemical properties of glass fibers
Cam elyafların gelişmiş mekanik ve kimyasal özellikleri için metal oksit nanopartikül kaplamalar
ARDA KURUCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BÜLEND ORTAÇ
DOÇ. DR. MUSTAFA ORDU
- Grafen nano plaka takviyeli alümina-zirkonya kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Investigation of microstructure, mechanical properties and cell viability of YSZ toughened alumina composites reinforced with graphene nano plates
DİLAN ALTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Electrospun composite nanofibers with metal/metal oxidenanoparticles
Metal/metal oksit nanopartikül içerikli elektroeğrilmiş nanolif üretimi
HAVVA BAŞKAN
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE KARAKAŞ
- Elmas nano parçacık takviyeli krom kaplanmış gözenekli toz metal parçaların korozyon davranışlarının araştırılması
İnvestigation of corrosion behaviour of porous powder metallurgy parts electrochemically coated with diamond nano particle modified chromium
EMİNE ZEYNEP BİLGİLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
DOÇ. DR. ABDURRAHMAN ASAN
- Metalik nanopartiküllerin sabitleştirilmesi için polimer fırça kaplı fonksiyonel yüzeylerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of functional surfaces coated with polymer brushes for immobilization of metallic nanoparticles
HATİCE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES